Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải nhà máy giấy công suất 200 m3 trên ngày đêm 

Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải nhà máy giấy công suất 200 m3 trên ngày đêm  Trong những thập niên gần đây, ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm nước nói riêng đang trở thành mối lo chung của nhân loại. Ô nhiễm môi trường và bảo vệ sự trong sạch cho các thủy vực hiện nay đang là những vấn đề cấp bách trong quá trình phát triển kinh tế xã hội.

-

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY

GIẤY CÔNG SUẤT 200M 3 /NGÀY ĐÊM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Sinh viên : Đào Mạnh Tùng

Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Thị Mai Linh

HẢI PHÒNG - 2014

-o0o -

Bộ GIáO DụC ĐàO TạO TRƯờNG ĐạI HọC DÂN LậP HảI PHòNG

Nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp

Sinh viờn : Đào Mạnh Tựng – mó số: 1012202001 Lớp : MT1401 - Ngành Kĩ thuật mụi trường

Tờn đề tài : Tớnh toỏn - thiết kế hệ thống xử lớ nước thải nhà mỏy giấy cụng suất 200 m3/ngày đờm

luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

2 Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

3 Địa điểm thực tập tốt nghiệp ………

………

Họ và tên: Nguyễn Thị Mai Linh

Học hàm, học vị: Thạc sĩ

Cơ quan công tác: Khoa Môi Trường – Trường ĐHDL Hải Phòng

Nội dung hướng dẫn: Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải nhà máy giấy công suất 200m3/ngày đêm

Người hướng dẫn thứ hai:

Họ và tên:………

Học hàm, học vị:………

Cơ quan công tác:………

Nội dung hướng dẫn:………

Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2014

Yêu cầu phải hoàn thành trước ngày tháng năm 2014

Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN

Sinh viên Người hướng dẫn

Đào Mạnh Tùng Nguyễn Thị Mai Linh

Hải Phòng, ngày… tháng… năm 2014

Hiệu trưởng

GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị

……….

……….

……….

……….

……….

.………

.………

2 Đánh giá chất lượng của khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề ra trong nhiệm vụ ĐTTN trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu) ………

………

………

………

………

………

………

3 Cho điểm của cán bộ hướng dẫn (ghi cả số và chữ): ………

………

………

Hải Phòng, ngày…tháng…năm 2014

Cán bộ hướng dẫn

Đầu tiên, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thạc sĩ Nguyễn Thị Mai Linh – Khoa Kỹ thuật Môi trường Đại học Dân lập Hải Phòng, người đã hướng dẫn và chỉ bảo em tận tình trong suốt quá trình làm khóa luận tốt nghiệp này Cảm ơn cô vì những định hướng, những tài liệu quý báu và những động viên, khích lệ đã giúp em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp

Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong Khoa Môi trường và toàn thể các thầy cô đã dạy em trong suốt khóa học tại trường Đại học Dân lập Hải Phòng

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân đã động viên và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học và làm khóa luận

Cuối cùng, do thời gian và trình độ có hạn nên bài khóa luận của em không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được các thầy cô giáo và các bạn góp ý để bài khóa luận được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hải Phòng, tháng 6 năm 2014

Sinh viên

Đào Mạnh Tùng

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY 2

1.1.Nhu cầu sử dụng các sản phẩm giấy trong nước 2

1.2.Tình hình phát triển của công nghiệp sản xuất giấy tại Việt Nam 3

1.3.Công nghệ sản xuất và các chất thải ngành sản xuất giấy 3

1.4 Hiện trạng môi trường ngành sản xuất giấy 10

1.4.1 Hiện trạng về nước thải 10

1.4.2 Hiện trạng môi trường không khí 13

1.4.3 Hiện trạng về chất thải rắn công nghiệp 14

1.5 Tác động của chất thải ngành sản xuất giấy đến môi trường và sức khỏe con người 14

1.5.1 Tác động của nước thải 14

1.5.2 Tác động của khí thải 15

1.5.3 Tác động của chất thải rắn 16

1.5.4 Tác động của tiếng ồn và độ rung 17

CHƯƠNG 2 : CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ NƯỚC THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY 18

2.1 Các phương pháp cơ học 18

2.1.1 Lọc qua song chắn rác 18

2.1.2 Lắng 18

2.1.3 Lọc 19

2.1.4 Tuyển nổi 20

2.2 Các phương pháp sinh học 20

2.2.1 Phương pháp hiếu khí 22

2.2.2 Phương pháp yếm khí 22

2.3 Các phương pháp hóa lý 23

2.3.1 Đông tụ keo 23

2.3.2 Hấp phụ 25

2.4.1 Phương pháp trung hòa 26

2.4.2 Oxi hóa khử 27

2.4.3 Kết tủa 27

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHO NHÀ MÁY SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤYCÔNG SUẤT 200 M 3 / NGÀY 28

3.1.Đặc trưng nước thải của cơ sở lựa chọn thiết kế 28

3.2.Yêu cầu xử lí 28

3.3.Đề xuất công nghệ xử lí nước thải nhà máy sản xuất giấy A 29

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 31

4.1 Song chắn rác 31

4.1.1 Nhiệm vụ 31

4.1.2 Tính toán 31

4.2 Bể thu gom 34

4.2.1 Nhiệm vụ 34

4.2.2 Tính toán 34

4.3 Bể điều hòa 35

4.3.1 Nhiệm vụ của bể điều hòa 35

4.3.2 Các lợi ích của bể điều hòa 35

4.3.3 Tính toán 36

4.4 Bể trộn phèn 40

4.4.1 Nhiệm vụ 40

4.4.2 Tính toán 40

4.5 Bể trộn thủy lực 41

4.5.1 Nhiệm vụ 41

4.5.2 Tính toán 41

4.6 Bể lắng I 43

4.6.1 Nhiệm vụ 43

4.6.2 Tính toán 43

4.8 Bể Aerotank 55

4.8.1 Nhiệm vụ 55

4.8.2 Các thông số thiết kế 55

4.8.3 Tính toán 56

4.9 Bể lắng II 62

4.9.1 Nhiệm vụ 62

4.9.2 Tính toán 62

4.10 Bể khử trùng 67

4.10.1 Nhiệm vụ 67

4.10.2 Tính toán 67

4.11 Bể chứa bùn 68

4.11.1 Nhiệm vụ 68

4.11.2 Tính toán 68

4.12 Bể nén bùn 69

4.12.1 Nhiệm vụ 69

4.12.2 Tính toán 69

4.13 Máy ép bùn 72

4.13.1 Nhiệm vụ 72

4.13.2 Tính toán 72

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN SƠ BỘ KINH TẾ 73

5.1 Chi phí đầu tư xây dựng 73

5.2 Chi phí vận hành hệ thống 75

5.2.1 Lượng hóa chất và nước cấp sử dụng 75

5.2.2 Chi phí điện năng 75

5.2.3 Chi phí nhân công 75

5.2.4 Chi phí bảo dưỡng máy móc thiết bị 75

5.2.5 Giá thành xử lí 1 m 3 nước thải 76

KẾT LUẬN 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

Bảng 1.1 : Nhu cầu sử dụng các sản phẩm giấy của người dân Việt Nam 2

Bảng 1.2 : Hiệu suất của các phương pháp sản xuất bột giấy 4

Bảng 1.3: Chức năng của một số chất dùng trong tẩy bột giấy 7

Bảng 1.4 : Các loại nguyên liệu, hóa chất sử dụng ở mỗi phân xưởngcủa nhà máy sản xuất giấy 10

Bảng 1.5: Các nguồn thải từ các bộ phận và thiết bị khác nhau 11

Bảng 1.6: Lưu lượng và tính chất nước thải từ nhà máy sản xuất giấy và bột giấy điển hình ở Việt Nam 12

Bảng 1.7 : Thành phần nước thải các công đoạn sản xuất chính 13

Bảng 3.1: Chất lượng nước thải của nhà máy giấy A 28

Bảng 4.1: Thông số thiết kế của song chắn rác 33

Bảng 4.2: Thông số thiết kế bể thu gom 35

Bảng 4.3: Thông số thiết kế bể điều hòa 39

Bảng 4.4: Các giá trị G cho trộn nhanh 42

Bảng 4.5: Thông số thiết kế bể lắng I 46

Bảng 4.6: Thông số đầu vào bể UASB 46

Bảng 4.7: Các thống số thiết kế bể UASB 53

Bảng 4.8: Thông số thiết kế bể Aerotank 61

Bảng 4.9: Các thông số thiết kế bể lắng II 65

Bảng 4.10 : Các thông số thiết kế bể nén bùn 70

Bảng 5.1: Dự toán chi phí đầu tư xây dựng công trình 73

Bảng 5.2: Dự toán chi phí thiết bị 74

Bảng 5.3: Lượng hóa chất cần dùng 75

Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy và bột giấy có kèm dòng thải 5

Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ theo phương án 29

Hình 4.1: Sơ đồ song chắn rác 34

Hình 4.2: Mặt bằng một phần ống dẫn khí nhánh 37

Hình 4.3: Mặt cắt bể điều hòa 39

Hình 4.4: Mặt bằng bể điều hòa 39

Hình 4.5: Mặt cắt bể UASB 54

Hình 4.6: Mặt bằng bể UASB 54

Hình 4.7: Hệ thống cấp khí trong bể Aerotank 61

Hình 4.8: Mặt bằng bể Aerotank 62

Hình 4.9: Mặt cắt bể lắng II 66

Hình 4.10: Mặt bằng bể lắng II 66

Hình 4.11 : Mặt bằng bể khử trùng 68

Hình 4.12: Mặt cắt bể nén bùn 71

Hình 4.13: Mặt bằng bể nén bùn 71

COD (Chemical Oxigen Demand): nhu cầu oxi hóa học

BOD (Biochemical Oxigen Demand): nhu cầu oxi sinh hóa

SS (Suspended Solid): chất rắn lơ lửng

VSS (Volatile Suspended Solid): hàm lượng chất dễ bay hơi

MLVSS (Mixed Liquor Volatile Suspended Solid): hàm lượng chất rắn lơ lửng

dễ bay hơi

MLSS (Mixed Liquor Suspended Solid): hàm lượng chất rắn lơ lửng

QCVN: quy chuẩn Việt Nam

GHCP: giới hạn cho phép

TCCP: tiêu chuẩn cho phép

TCXD: tiêu chuẩn xây dựng

UASB (Upflow Anaerobic Slude Blanket): bể phản ứng kị khí

F/M (Food/Microganism Ratio): tỉ lệ thức ăn cho vi sinh vật

PVC (Poly Vinyl Clorua): vật liệu dẻo tổng hợp

HTXL: Hệ thống xử lí

MỞ ĐẦU

Trong những thập niên gần đây, ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm nước nói riêng đang trở thành mối lo chung của nhân loại Ô nhiễm môi trường và bảo vệ sự trong sạch cho các thủy vực hiện nay đang là những vấn đề cấp bách trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội Để phát triển bền vững chúng ta cần có những biện pháp kĩ thuật hạn chế, loại bỏ các chất ô nhiễm do hoạt động sống và sản xuất ra môi trường

Ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy chiếm vị trí khá quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, tạo việc làm cho người lao động Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, dịch vụ khác, nhu cầu về các sản phẩm giấy ngày càng tăng Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích to lớn đạt được về kinh tế -

xã hội, ngành công nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề môi trường bức xúc nhất là vấn đề nước thải Việc thải một lượng lớn nước thải sản xuất giấy và bột giấy vào môi trường mà chưa được xử lí hoặc xử lí chưa triệt để đã gây ô nhiễm cho những nguồn nước xung quanh, nó gây ra những ảnh hưởng rất lớn đối với môi trường và hệ sinh thái Với xu thế phát triển hiện nay và áp lực phải thực hiện Luật Môi trường, các doanh nghiệp sản xuất giấy và bột giấy phải có những chính sách quan tâm thỏa đáng đối với nguồn chất thải

Trước thực trạng đó, đòi hỏi phải có những biện pháp thích hợp, hiệu quả

để xử lí nước thải sản xuất giấy ngay tại nguồn, nhằm hạn chế mức thấp nhất tác động của nó đến con người và môi trường xung quanh Với mong muốn được áp dụng những kiến thức đã học và tìm hiểu sâu hơn để phục vụ cho công việc sau

này của một kĩ sư môi trường, trên cơ sở đó, tôi đã chọn đề tài “Tính toán - thiết kế hệ thống xử lí nước thải nhà máy giấy công suất 200 m 3 /ngày đêm”

làm khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN

XUẤT GIẤY

1.1 Nhu cầu sử dụng các sản phẩm giấy trong nước [1]

Ngành giấy Việt Nam đang đứng trước những cơ hội phát triển mạnh mẽ Công nghiệp tăng trưởng nhanh, đời sống nhân dân được cải thiện, nhu cầu giấy tiêu dùng và giấy làm bao bì tăng lên Báo cáo của Hiệp hội Giấy và Bột giấy Việt Nam (VPPA) cho biết, tổng lượng giấy tiêu thụ cả nước ta trong năm 2012 lên tới 2,9 triệu tấn giấy các loại Trong khi các nước phát triển tiêu thụ giấy trên

130 kg/người/năm, thì người dân các nước châu Á có mức tiêu thụ giấy chưa nhiều, bình quân đạt 40 kg/người/năm Mức tiêu thụ giấy bình quân đầu người ở Việt Nam còn thấp hơn, mới chỉ đạt hơn 30 kg/năm Sức tiêu thụ giấy của người dân nước ta đã liên tục tăng nhanh trong những năm qua: năm 2010 bình quân

sử dụng 26,44 kg/năm/người; năm 2011 đạt 29,61 kg/năm/người; năm 2012 đạt 32,7 kg/năm/người Với hơn 90 triệu dân và mức sống ngày càng được nâng cao

đã mở ra thị trường rộng lớn cho ngành giấy Việt Nam Tổng cầu giấy không ngừng tăng lên qua từng năm, được thể hiện ở bảng 1.1

Bảng 1.1 : Nhu cầu sử dụng các sản phẩm giấy của người dân Việt Nam

1.2 Tình hình phát triển của công nghiệp sản xuất giấy tại Việt Nam [1]

Ngành công nghiệp giấy nước ta không ngừng phát triển Theo VPPA trong 5 năm (2008-2013), ngành sản xuất giấy đã tăng trưởng mạnh với tốc độ 15-17%/năm Năm 1912, nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên bằng phương pháp công nghiệp đi vào hoạt động với công suất 4.000 tấn/năm tại Việt Trì Trong thập niên 1960, nhiều nhà máy giấy được xây dựng nhưng đều có công suất dưới 20.000 tấn/năm như: Nhà máy Giấy Việt Trì, Nhà máy Bột giấy Văn Điển, Nhà máy Giấy Đồng Nai, Nhà máy giấy Tân Mai… Đến năm 1975, tổng công suất thiết kế của ngành giấy Việt Nam đạt được 72 ngàn tấn/năm nhưng sản lượng thực tế chỉ 28 ngàn tấn/năm, một con số quá nhỏ so với nhu cầu tiêu thụ hơn 2 triệu tấn Thế nhưng chỉ hơn 30 năm sau, ngành giấy đã đáp ứng được gần 64% nhu cầu tiêu dùng trong nước

Xuất khẩu giấy và các sản phẩm từ giấy của Việt Nam đã có mặt ở thị trường 18 nước trên thế giới (thị phần nhiều nhất là vào các thị trường Mỹ, Đài Loan, Nhật Bản…), với kim ngạch năm 2012 đạt 425 triệu USD Tuy vậy, kim ngạch xuất khẩu giấy hiện chỉ bằng 1/3 so với kim ngạch nhập khẩu mặt hàng này Năm 2012, cả nước đã nhập khẩu 1,216 triệu tấn giấy các loại với trị giá 1,164 triệu USD, nguồn nhập nhiều từ Trung Hoa và Indonesia

1.3 Công nghệ sản xuất và các chất thải ngành sản xuất giấy[2]

Quy trình công nghệ sản xuất bột và giấy bao gồm 2 quá trình cơ bản: Sản xuất bột giấy từ nguyên liệu thô (sơ chế nguyên liệu, nấu, rửa, tẩy trắng, nghiền bột)

Sản xuất giấy từ bột giấy (xeo giấy, sấy)

Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất bột giấy là xơ sợi thực vật, chủ yếu từ

gỗ, các cây ngoài gỗ như đay, gai, tre nứa và các phụ phẩm nông nghiệp như rơm, bã mía hoặc các loại sợi tái sinh Ngoài nguyên liệu xơ sợi, công nghiệp giấy còn sử dụng một lượng lớn các hóa chất ở các công đoạn nấu, tẩy, xeo giấy như đá vôi, xút, cao lanh, nhựa thông, các chất kết dính tự nhiên và tổng hợp, các chất oxi hóa để khử lignin như clo, hypoclorit,peroxit…

Về nguyên lý cơ bản, các phương pháp để sản xuất bột giấy bao gồm: cơ học, nhiệt học và hóa học Trong thực tế sản xuất thường kết hợp các phương pháp trên, đó là:

Bảng 1.2 : Hiệu suất của các phương pháp sản xuất bột giấy

Phương pháp Xử lí hóa học ( hóa chất nấu) Hiệu suất (%)

65-90 75-85 65-85 60-90

55-60 55-70 55-70

40-55 40-55 40-60 45-60

Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy và bột giấy có kèm dòng thải

 Mô tả công nghệ

Các công đoạn chính của công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy bao gồm:

 Giai đoạn chuẩn bị và xử lí nguyên liệu

Nguyên liệu là tre, nứa được đưa vào băng tải thứ nhất dẫn đến máy chặt Tại đây các nguyên liệu này được chặt nhỏ thành các mảnh có kích thước dài 35mm, sau đó đưa qua hệ thống sàng và hệ thống rửa bằng nước

Nguyên liệu là gỗ được đưa đến băng tải thứ hai đến bộ phận bóc vỏ Sau khi vỏ gỗ được tách ra, gỗ được chặt thành các mảnh có kích thước dài khoảng 8-10cm, rộng 22-25mm, dày 2-5mm, các mảnh cũng được đưa qua bộ phận sàng rồi sang hệ thống rửa bằng nước

Khi sử dụng nguyên liệu thô là giấy thải thì giấy thải sẽ được sàng lọc để tách các loại tạp chất như vải sợi, nhựa, giấy sáp…Các tạp chất này sẽ được thải

ra như chất thải rắn và phần nguyên liệu còn lại sẽ được đưa đến công đoạn sản xuất bột giấy

Nguyên liệu sau khi được chặt và rửa sạch sẽ được đưa vào nấu

 Giai đoạn nấu

Mảnh được đưa vào nồi nấu, sau khi nạp nguyên liệu là các mảnh gỗ, tre, nứa, bơm dịch trắng vào Dịch trắng chứa NaOH và Na2S có chức năng chiết tách lignin và các chất hữu cơ khác ra khỏi sơ sợi

Sau nấu, các chất nằm trong nồi nấu được xả ra nhờ áp suất đi vào tháp phóng Bột thường được chuyển qua sàng để tách nấu trước khi rửa

 Giai đoạn xả và rửa

Dịch đen được tách khỏi bột Quá trình rửa bột được tiến hành trên máy lọc rửa Dịch rửa lần 1 và 2 được đưa vào bộ phận chưng để thu hồi hóa chất cùng dịch đen Dịch đen loãng còn lại trong bột sẽ được rửa tiếp ở các công đoạn sau

 Giai đoạn sàng

Bột sau khi rửa thường có chứa các tạp chất là cát và một số mảnh chưa

tái chế làm giấy bao bì Phần tạp chất loại ra từ thiết bị làm sạch li tâm thường bị thải bỏ Sau sàng, bột giấy thường có nồng độ 1% sẽ được làm đặc tới khoảng 4% để chuyển sang bước tẩy trắng Phần nước lọc được tạo ra trong quá trình làm đặc sẽ được thu hồi và tái sử dụng cho quá trình rửa bột Loại bột sản xuất giấy bao bì sẽ không cần tẩy trắng và được chuyển trực tiếp đến công đoạn chuẩn bị xeo

 Giai đoạn tẩy trắng

Công đoạn tẩy trắng được thực hiện nhằm đạt được độ sáng và độ trắng cho bột giấy Công đoạn này thực hiện bằng cách sử dụng các hóa chất Loại và lượng hóa chất sử dụng phụ thuộc vào loại sản phẩm giấy sẽ sản xuất từ bột giấy

đó Nếu là giấy viết hoặc giấy in thì công đoạn tẩy trắng được thực hiện theo 3 bước, trước mỗi bước bột đều được rửa kỹ Trong quá trình này, lignin bị phân hủy và tách hoàn toàn, tuy nhiên, xơ cũng bị phân hủy phần nào và độ dai của giấy cũng bị giảm đi Các hóa chất dùng cho loại tẩy này là clo, dioxit clo, hypoclorit và hydroxide natri Chức năng của các hóa chất dùng để tẩy bột giấy được trình bày trong bảng 1.3

Bảng 1.3: Chức năng của một số chất dùng trong tẩy bột giấy

làm sáng màu

Dễ làm và dễ sử dụng

Nếu sử dụng không hợp

lí có thể làm mất độ dai của bột, tạo ra cloroform

cao, không phân hủy bột

Tạo ra clo hữu cơ

màu

Dễ sử dụng, không gây độc hại

Giá thành cao

Ba bước tẩy trắng bột bao gồm:

Bước 1: Clo hóa bột giấy bằng khí clo, khí này sẽ phản ứng với lignin để tạo ra các hợp chất tan trong nước hoặc tan trong môi trường kiềm

Bước 2: Lignin đã oxi hóa được loại bỏ bằng cách hòa tan trong dung dịch kiềm

Bước 3: Bột được tẩy trắng bằng dung dịch hypochlorite

Sau tẩy trắng, bột sẽ được rửa bằng nước sạch và nước trắng (thu hồi từ máy xeo) Nước rửa từ quá trình tẩy trắng có chứa chlorolignates và clo dư, do vậy không tái sử dụng trực tiếp được Vì vậy nước này sẽ được trộn với nước tuần hoàn từ các công đoạn khác và tái sử dụng cho quá trình rửa bột giấy

 Giai đoạn xeo giấy

Bột tẩy trắng được nghiền nhỏ (thô hoặc tinh) rồi pha trộn với một số phụ gia như cao lanh có hàm lượng chiếm 5-10% lượng bột giấy có tác dụng làm tăng độ dày và độ chặt của giấy; nhựa thông hàm lượng 10kg/tấn giấy, làm tăng khả năng liên kết của xơ sợi, chống thấm nước cho giấy; phèn chua Al2(SO4)3

hàm lượng 35kg/tấn giấy làm giảm pH của bột giấy xuống mức phù hợp

Bột được phun và xeo trên máy Giấy được sấy và ép làm nhẵn bề mặt và chuyển sang bộ phận cuộn tròn khổ rộng có kích thước khác nhau tùy thuộc vào sản phẩm của mỗi nhà máy

Trong các nhà máy giấy và bột giấy, khí nén được dùng cho vận hành máy xeo, các thiết bị đo, các khâu rửa phun… Các máy nén góp phần làm giảm hiệu quả sử dụng năng lượng

Hệ thống phân phối hơi trong các nhà máy giấy thường khá phức tạp Khói thải từ nồi hơi được thải ra thông qua một quạt gió đẩy vào ống khói Hệ thống kiểm soát khói thải như cyclon đa bậc, túi lọc và ESP có thể được sử dụng

để kiểm soát phát thải hạt lơ lửng

Một số nhà máy có các bộ phận phát điện dùng diesel để đảm bảo các yêu cầu về điện năng, đề phòng trường hợp mất điện

 Thu hồi hóa chất

Để đạt hiệu quả kinh tế cao, đối với quy trình công nghệ sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học cần có bộ phận phụ để thu hồi hóa chất Dịch đen thải ra sau quá trình nấu có chứa lignin, ligno sunphates và các hóa chất khác Các hóa chất này được thu hồi tại khu vực thu hồi hóa chất và được tái sử dụng cho quá trình sản xuất bột giấy Đầu tiên dịch đen được cô đặc bằng phương pháp bay hơi Tiếp đó, dịch đen đã cô đặc được dùng làm nhiên liệu đốt trong nồi hơi thu hồi Các chất vô cơ còn lại sau khi đốt sẽ ở dạng dịch nấu chảy trên sàn lò Dịch nấu chảy chứa chủ yếu là muối cacbonat chảy xuống từ trên sàn lò

và được giữ bằng nước, chất này gọi là dịch xanh Dịch xanh này được mang đến bồn phản ứng (bồn kiềm hóa) để phản ứng với vôi Ca(OH)2 tạo thành natri hydroxyde và canxi cacbonat lắng xuống Phần chất lỏng sẽ được dùng cho quá trình sản xuất bột giấy, còn canxi cacbonat được làm khô và cho vào lò vôi để chuyển thành canxi oxit bằng cách gia nhiệt Canxi oxit được trộn với nước để hóa vôi

Các loại nguyên liệu, hóa chất sử dụng ở mỗi phân xưởng sản xuất được thể hiện ở bảng 1.4

Bảng 1.4 : Các loại nguyên liệu, hóa chất sử dụng ở mỗi phân xưởng

của nhà máy sản xuất giấy

Phân xưởng sản xuất hóa chất

Muối Vôi NaOH rắn, NaOH loãng

Phân xưởng sản xuất bột giấy

Tre, gỗ, giấy phế liệu…

1.4 Hiện trạng môi trường ngành sản xuất giấy [6]

1.4.1 Hiện trạng về nước thải

Công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy tiêu thụ một lượng nước rất lớn

Để sản xuất ra 1 tấn giấy thành phẩm, các nhà máy phải sử dụng từ 150-300m3

nước Bảng 1.5 cho thấy các nguồn nước thải khác nhau trong nhà máy sản xuất giấy và bột giấy

Bảng 1.5: Các nguồn thải từ các bộ phận và thiết bị khác nhau

Sản xuất bột giấy Hơi ngưng khi phóng bột

Dịch đen bị rò rỉ hoặc bị tràn Nước làm mát ở các thiết bị nghiền đĩa Rửa bột giấy chưa tẩy trắng

Phần tách loại có chứa nhiều xơ, sạn và cát Phần lọc ra khi làm đặc bột giấy

Nước rửa sau tẩy trắng có chứa chloro lignin Nước thải có chứa hypochlotite

Chuẩn bị phối liệu Rò rỉ và tràn các hóa chất, phụ gia

Nước rửa sàn Xeo giấy Phần tách loại từ máy làm sạch ly tâm có chứa

xơ, sạn và cát Chất thải từ hố lưới có chứa xơ Dòng tràn từ hố bơm quạt Phần lọc nước tách ra từ thiết bị tách nước có chứa xơ, bột đá và các chất hồ

Khu vực phụ trợ Nước xả đáy

Nước ngưng tụ chưa được thu hồi Nước thải hoàn nguyên từ tháp làm mềm Nước làm mát máy nén khí

Thu hồi hóa chất Nước ngưng tụ từ máy hóa hơi

Dịch loãng từ thiết bị rửa cặn Dịch loãng từ thiết bị rửa bùn Nước bẩn ngưng đọng

Nước ngưng tụ từ thiết bị làm mát và từ hơi nước Trong các cơ sở sản xuất giấy và bột giấy, nước thải thường có độ PH 9-

11, chỉ số nhu cầu oxi sinh hóa (BOD) và nhu cầu oxi hóa học (COD) cao Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần GHCP Đặc biệt nước thải có chứa kim loại nặng, lignin, phẩm màu, xút, các hợp chất đa vòng thơm clo hóa là những

hợp chất có độc tính sinh thái cao và nguy cơ gây ung thư, rất khó phân hủy trong môi trường

Phần lớn nước thải phát sinh là nước dùng trong quy trình tiếp xúc với nguyên liệu thô, với các sản phẩm và sản phẩm phụ, các chất dư thừa Tại các nhà máy mà bột giấy được tẩy trắng thì đó là công đoạn gây ô nhiễm nhiều nhất Nước thải công đoạn tẩy chiếm 50-75% tổng lượng nước thải và chiếm 80-95% tổng lượng dòng thải ô nhiễm

Sản xuất giấy về căn bản là một quá trình vật lí (thủy cơ), nhưng các chất phụ gia trong quá trình xeo giấy như các hợp chất hồ và phủ cũng là một trong những nguyên nhân gây ra ô nhiễm So với quá trình làm bột, nước thải từ các công đoạn sản xuất giấy có phần cao hơn về hàm lượng chất rắn lơ lửng nhưng hàm lượng BOD lại thấp hơn Các chất ô nhiễm xuất phát từ nước trắng dư, phần tách loại từ quá trình sàng, và do tràn xơ, các chất độn và chất phụ gia Chất ô nhiễm lơ lửng chủ yếu là xơ và các hợp chất xơ, các chất độn và chất phủ, chất bẩn và cát trong khi đó các chất ô nhiễm hòa tan là các chất keo từ gỗ, thuốc nhuộm, các chất hồ (tinh bột và gôm) và các phụ gia khác

Tổng lượng nước thải và giá trị tải lượng ô nhiễm cho một tấn giấy khô gió trước khi xử lí của một nhà máy giấy và bột giấy tại Việt Nam được trình bày ở bảng 1.6 dưới đây:

Bảng 1.6: Lưu lượng và tính chất nước thải từ nhà máy sản xuất giấy và bột

giấy điển hình ở Việt Nam

Thành phần nước thải sau mỗi công đoạn sản xuất giấy được thể hiện ở bảng 1.7

Bảng 1.7 : Thành phần nước thải các công đoạn sản xuất chính

Chuẩn bị nguyên liệu Bùn, đất, cặn lơ lửng…

Nấu, rửa, sàng, tẩy Lignin, các chất cacbo hydrat, muối vô

cơ hòa tan, dịch màu…

Xeo giấy Chất rắn lơ lửng, bột giấy, dịch đen

1.4.2 Hiện trạng môi trường không khí

Trong quá trình nghiền bột, bụi sinh ra khi xay Các khí có mùi phát sinh trong quá trình sàng rửa, trong các khâu tẩy trắng, khâu chế biến và khử bọt… Hơi clo phát sinh chủ yếu ở khâu tẩy trắng Khí H2S phát sinh trong công đoạn nấu bột

Công đoạn xeo giấy và sấy khô, hơi nước từ các tấm giấy được thổi vào không khí kéo theo các hydrocacbon, các chất trong nguyên liệu gỗ… gây ô nhiễm môi trường Các thiết bị nồi hơi, máy xeo giấy sản sinh nguồn nhiệt lớn

Ngành công nghiệp giấy tiêu tốn rất nhiều nhiên liệu để cấp nhiệt cho lò hơi, máy xeo, lò xông lưu huỳnh… Nhiên liệu được sử dụng là than đá, dầu, nhiên liệu sinh học, sản phẩm cháy của các nhiên liệu này chứa nhiều chất khí độc hại như CO, CO2, SOx, NOx, tro bụi… Các khí này gây nên các tác động tiêu cực đến môi trường không khí của khu vực dân cư lân cận

Ngoài ra tiếng ồn và độ rung do hoạt động của các máy nghiền, sàng, các động cơ điện cũng gây ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường không khí và sức khỏe của con người

1.4.3 Hiện trạng về chất thải rắn công nghiệp

Trong công đoạn gia công nguyên liệu phát sinh một lượng lớn chất thải rắn như: vỏ cây, mùn cưa, đầu mảnh, gỗ thừa… Trong quá trình lọc bột giấy có nilon, băng keo… và một số chất lẫn trong giấy phế liệu Quá trình đốt nhiên liệu để cấp nhiệt cho sản xuất phát sinh nhiều tro, xỉ than, dầu thải Ngoài ra còn

có các sản phẩm giấy hỏng, lỗi; các bao bì đóng gói hỏng…

Ở Việt Nam, trung bình khi sản xuất ra 1 tấn giấy sẽ sinh ra một lượng chất thải rắn khoảng từ 45- 85kg (chưa tính lượng phế liệu đã được tái chế)

1.5 Tác động của chất thải ngành sản xuất giấy đến môi trường và sức khỏe con người

1.5.1 Tác động của nước thải

Với thành phần phức tạp và nhiều tác nhân gây ô nhiễm, nước thải của nhà máy sản xuất giấy và bột giấy có ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường

Trong nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, làm tăng BOD do đó làm giảm oxi hòa tan trong nước Đây là một trong những nguyên nhân chính làm các vi sinh vật trong nước chết vì không đủ oxi Mật độ và chủng loại cá ở những thủy vực tiếp nhận nguồn nước thải cũng bị giảm đi, đồng thời hoạt động của cá cũng bị thay đổi và suy yếu

Xơ sợi, các hợp chất hữu cơ, các chất rắn lơ lửng trong nước thải có thể làm ngộ độc thức ăn của cá trong nước sông Khi con người ăn các loại cá này cũng có thể bị ngộ độc

Đối với thực vật sống dưới nước, sự tăng độ đục do có mặt của nhiều chất huyền phù làm tăng nhiệt độ nước, làm giảm khả năng xuyên qua của ánh sáng do đó làm giảm tỉ lệ quang hợp và khả năng sản xuất oxi của chúng và sẽ hạn chế sự phát triển của các loài thực vật này

Ngoài ra, sự phân hủy các xơ sợi, các hợp chất hữu cơ bằng vi khuẩn là

trường tốt cho các vi sinh vật phát triển mạnh, trong đó có các loài vi sinh vật có hại gây bệnh truyền nhiễm cho con người và động vật

Các kim loại nặng trong đó có một số kim loại độc hại như Hg, As, Pb… chúng có hại đối với các sinh vật trong nước và với sức khỏe con người Khi nước được thải ra sông, những chất này có thể tích lũy trong cơ thể sinh vật sống trong nước, gây hại cho sinh vật và khi con người sử dụng nguồn nước đó hay dùng các sinh vật đó làm thức ăn thì cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe

Đa số thực vật và động vật thủy sinh chỉ sống được ở điều kiện pH môi trường trong khoảng 5-8, trong khi nước thải của các nhà máy giấy có độ pH khá cao (PH= 8-11), do vậy sẽ ảnh hưởng đến hệ động thực vật thủy sinh và ảnh hưởng đến sức khỏe của con người thông qua chuỗi thức ăn

Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm có trong nước thải ngành giấy đến các loài thủy sinh, môi trường xung quanh và sức khỏe con người có thể là ngay lập tức hoặc lâu dài Các hợp chất vòng thơm ở trong dịch đen nước thải có thể theo chuỗi thức ăn vào cơ thể sinh vật và tích lũy, có thể gây biến dị gen

Nếu nước thải không được xử lí mà thải trực tiếp ra môi trường thì sẽ gây

ô nhiễm cho nguồn nước, ảnh hưởng đến đời sống người dân và môi trường xung quanh Do đó việc xử lí nước thải đạt TCCP trước khi thải ra nguồn tiếp nhận là một việc làm cần thiết

1.5.2 Tác động của khí thải

 Bụi

Trong quá trình sản xuất giấy và bột giấy có tạo ra nhiều bụi, chúng gây kích thích cơ học đối với phổi, gây khó thở cũng như các bệnh về đường hô hấp cho người lao động cũng như dân cư xung quanh Bụi cũng gây mất mĩ quan, ảnh hưởng xấu đến đời sống và sức khỏe của con người Các muội khói sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu có thể chứa các hợp chất cacbon đa vòng có độc tính cao và có khả năng gây ung thư

 Khí Clo

Khí Clo phát sinh chính từ quá trình tẩy trắng bột giấy Khí Clo là một khí độc, khi tiếp xúc với khí này thì có thể bị ngứa mắt và miệng, ngạt thở, ho, đau đầu, nôn mửa và nếu tiếp xúc với một liều lượng lớn thì có thể gây tử vong

 Cacbon monoxit và cacbon dioxit

Các khí này phát sinh trong quá trình đốt nhiên liệu

Cacbon monoxit ( CO) có độc tính cao, khi hít phải, CO sẽ đi vào máu theo phản ứng:

HbO2 + CO HbCO + O2

CO sẽ chiếm chỗ của oxi trong hemoglobin Nếu lượng CO hít phải lớn sẽ

có cảm giác đau đầu, chóng mặt, mệt mỏi Nếu CO cao có thể gây bất tỉnh

và tử vong

Cacbon dioxit (CO2) gây khó thở và ảnh hưởng đến hệ hô hấp do chúng chiếm chỗ của oxi trong phổi

 Các chất hữu cơ dễ bay hơi ( VOC)

Các chất hữu cơ dễ bay hơi trong nhà máy sản xuất giấy và bột giấy được tạo ra từ phần không ngưng từ khí xả của tháp nấu bột và từ quá trình bay hơi dịch đen.Các chất này ít gây độc mãn tính mà gây độc cấp tính như chóng mặt, say nôn, co giật, ngạt, viêm phổi, một số chất gây ung thư máu và bệnh thần kinh

1.5.3 Tác động của chất thải rắn

Chất thải rắn phát sinh từ tất cả các công đoạn sản xuất giấy và bột giấy: Mùn, vỏ cây, phế liệu trong quá trình sơ chế chiếm 10% nguyên liệu thô Cặn, tro, xỉ than: xỉ than được thải ra ở các bộ phận động lực của nhà máy, trong xỉ than chứa các kim loại nặng như Pb, Zn, Cd, As và một phần than không cháy hết, than lọt ghi, phần than này có thể tận dụng lại được

Bùn vôi: ở các nhà máy sản xuất bột tại phân xưởng thu hồi hóa chất sẽ sinh ra một lượng bùn vôi

Các loại phế thải khác: giấy vụn, nhựa, băng dính lẫn trong nguyên liệu giấy lề

Các chất thải rắn tác động xấu đến môi trường xung quanh, gây mùi khó chịu, làm mất mĩ quan và ảnh hưởng đến sức khỏe con người

1.5.4 Tác động của tiếng ồn và độ rung

Do hoạt động của các máy nghiền, sàng và các động cơ điện… tiếng ồn

và độ rung thường gây ảnh hưởng trực tiếp đến thính giác của con người, làm giảm thính lực của người lao động, hiệu suất lao động và phản xạ của công nhân Tiếng ồn còn ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương, có thể gây đau đầu, chóng mặt, cảm giác sợ hãi, bực tức, trạng thái tâm thần không ổn định, trí nhớ giảm sút Tiếng ồn và độ rung còn gây ảnh hưởng xấu đến tim mạch, làm rối loạn nhịp tim

Trong các chất thải của ngành giấy, nước thải là một vấn đề quan trọng, đây là mối quan tâm của nhiều cơ quan quản lí môi trường Với đặc trưng lượng nước cấp sử dụng cho sản xuất giấy là rất lớn và đặc tính có chất hữu cơ cao, hàm lượng chất rắn lơ lửng lớn Vì vậy nước thải nếu không được xử lí triệt để trước khi đưa ra môi trường sẽ là nguyên nhân gây ra những tác động xấu đến môi trường và sức khỏe con người Do đó việc áp dụng các biện pháp công nghệ

xử lí triệt để nước thải sản xuất giấy là cấp thiết

CHƯƠNG 2 : CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ NƯỚC THẢI

NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY

Song chắn rác được cấu tạo bằng các thanh song song, các tấm lưới đan bằng thép hoặc tấm thép có đục lỗ… tùy theo kích cỡ các mắt lưới hay khoảng cách giữa các thanh gọi là khe hở mà ta phân biệt loại chắn rác thô, trung bình hay rác tinh

Song chắn rác di động ít sử dụng do thiết bị phức tạp và quản lí khó Phổ biến là loại song chắn rác dạng thanh chữ nhật cố định, rác được lấy bằng cào sắt gắn với một trục quay

Song chắn rác đặt ở cửa vào của kênh dẫn, nghiêng một góc 60-75°

Đây là một bước quan trọng đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lí

2.1.2 Lắng

Mục đích: loại các tạp chất ở dạng huyền phù thô Sự lắng các hạt xảy ra dưới tác dụng của trọng lực

Các bể lắng chia thành: bể lắng cát, bể lắng cấp 1 và bể lắng trong (cấp 2)

Được dùng để loại sơ bộ chất bẩn khoáng và chất hữu cơ (0,2-0,25mm) ra khỏi nước thải, nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lí sau Bể lắng cát ngang là hồ chứa có tiết diện ngang là tam giác hoặc hình thang Chiều sâu bể lắng cát 0,25-1m Vận tốc chuyển động của nước không quá 0,3 m/s Bể lắng cát dọc có dạng hình chữ nhât, tròn trong đó nước chuyển động theo dòng từ dưới lên với vận tốc 0,05m/s

Bể lắng cấp 1

Mục đích: để tách các chất rắn, chất bẩn lơ lửng không hòa tan Bể lắng

sơ cấp loại 50-70% chất rắn lơ lửng, giảm 25-40% hàm lượng BOD5 trước khi đi vào bể xử lí sinh học

Người ta phân biệt:

 Bể lắng sơ cấp hoạt động gián đoạn: loại này áp dụng khi lượng nước thải

ít và chế độ thải không đồng đều Nguyên tắc hoạt động tương đối dơn giản: xả nước thải vào bể chứa và để nước đứng yên trong một thời gian nhất định (1,5-2,5 giờ), sau khi các chất rắn lắng xuống, tháo nước ra và cho lượng xả mới vào

 Bể lắng hoạt động liên tục: nước thải được xả liên tục vào bể và trong quá trình di chuyển các chất rắn lơ lửng bị giữ lại Có nhiều loại: bể lắng ngang hình chữ nhật, bể lắng đứng và bể lắng hình tròn

Bể lắng trong (bể lắng cấp 2)

Bể lắng được sử dụng để làm sạch tự nhiên và lắng bùn hoạt tính Người

ta thường sử dụng bể lắng trong với lớp cặn lơ lửng trong đó người ta cho nước với chất đông tụ đi qua đó

2.1.3 Lọc

Mục đích: tách các loại tạp chất nhỏ ra khỏi nước thải mà bể lắng không

xử lí triệt để được Trong các loại phin lọc thường có các loại phin lọc dùng vật liệu lọc dạng tấm hoặc dạng hạt Vật liệu lọc dạng tấm có thể làm bằng tấm thép

có đục lỗ hoặc lưới bằng thép không gỉ, nhôm, niken… và các loại vải khác

nhau (thủy tinh, bông, len, sợi tổng hợp…) Tấm lọc cần có trở lực nhỏ, đủ bền

và dẻo cơ học, không bị trương nở và bị phá hủy ở điều kiện lọc

Vật liệu lọc dạng hạt là cát thạch anh, than cốc, sỏi, đá nghiền thậm chí cả than nâu, than bùn và than gỗ Đặc tính quan trọng của lớp hạt lọc là độ xốp và

bề mặt riêng Quá trình lọc có thể xảy ra dưới tác dụng của áp suất của cột chất lỏng hay áp suất cao trước vách vật liệu lọc hoặc chân không sau lớp lọc

Các phin lọc làm việc sẽ tách các phần tử tạp chất phân tán hoặc lơ lửng khó lắng khỏi nước Các phin lọc làm việc không hoàn toàn dựa vào nguyên lí

cơ học Khi nước qua lớp lọc dù ít hay nhiều cũng tạo lớp màng trên lớp vật liệu lọc, mang này là màng sinh học Do vậy, ngoài tác dụng tách các phần tử tạp chất phân tán ra khỏi nước, các màng sinh học cũng biến đổi các chất hòa tan trong nước thải nhờ quần thể các vi sinh vật có trong màng sinh học

Chất bẩn và màng sinh học sẽ bám vào bề mặt vật liệu lọc dần dần bít các khe hở của lớp lọc làm cho dòng chảy bị chậm lại hay ngưng chảy Do đó, trong quá trình làm việc người ta phải rửa phin lọc, lấy bớt màng bẩn phía trên, và cho nước thải đi từ dưới lên trên để tách màng bẩn ra khỏi vật liệu lọc

2.1.4 Tuyển nổi

Mục đích: tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng Trong một số trường hợp quá trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt Trong xử lí nước thải về nguyên tắc tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng

và làm đặc bùn sinh học

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường

là không khí) vào trong pha lỏng Các khí đó kết dính với các hạt và tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo các hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa các hạt ở vị trí cao hơn trong chất lỏng ban đầu

Thực chất của biện pháp sinh học để xử lí nước thải là sử dụng khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải Chúng sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất làm vật liệu để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối được tăng lên

Phương pháp sinh học thường được sử dụng để làm sạch nước thải có chứa các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo Do vậy, phương pháp này thường được dùng sau khi nước thải đã được loại các tạp chất phân tán thô

Đối với các chất hữu cơ có trong nước thải thì phương pháp này dùng để khử các hợp chất sunfit, muối amoni nitrat – tức là các chất chưa bị oxi hóa hoàn toàn Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh hóa các chất bẩn sẽ là

CO2, H2O, N2, SO4

2-… Các nghiên cứu cho thấy vi sinh vật có thể phân hủy tất

cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và rất nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo

Xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học gồm:

 Có thể xử lí nước thải có phổ nhiễm bẩn các chất hữu cơ tương đối rộng

 Hệ thống có thể tự điều chỉnh theo phổ các chất nhiễm bẩn và nồng độ của chúng

 Thiết kế và trang thiết bị đơn giản

Nhƣợc điểm:

 Nhạy cảm với những chất độc và sự thay đổi bất thường về tải trọng của công trình

 Xử lí nước thải chưa triệt để

 Đầu tư cơ bản cho việc xây dựng khá tốn kém

 Phải có chế độ công nghệ làm sạch đồng bộ và hoàn chỉnh

 Các chất hữu cơ khó phân hủy cũng như các chất vô cơ có độc tính ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm sạch Các chất có độc tính tác động đến quần thể sinh vật nói chung và trong bùn hoạt tính làm giảm hiệu suất của quá trình

 Có thể phải làm loãng nước thải có nồng độ chất bẩn cao, như vậy sẽ làm tăng lượng nước thải và cần diện tích mặt bằng rộng

Tuy vậy, các phương pháp sinh học vẫn được dùng phổ biến rộng rãi và tỏ

ra rất thích hợp cho quá trình làm sạch nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy

2.2.1 Phương pháp hiếu khí

Quá trình xử lí sinh học hiếu khí nước thải gồm 3 giai đoạn sau:

Oxi hóa các chất hữu cơ:

Tổng hợp tế bào mới:

CxHyOz + NH3 + O2 enzim Tế bào vi khuẩn + CO2 + H2O + C5H7NO2 + ΔH

Phân hủy nội bào:

C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 ± ΔH

Các quá trình của phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc trong các điều kiện xử lí nhân tạo Trong các công trình xử lí nhân tạo người ta tạo ra các điều kiện tối ưu cho quá trình oxi hóa sinh hóa nên quá trình

xử lí có hiệu suất cao hơn rất nhiều

2.2.2 Phương pháp yếm khí

Các hệ thống yếm khí: ứng dụng khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong điều kiện không có oxi Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ

Có khả năng loại các chất độc hữu cơ không bị oxi hóa sinh học

Hiệu quả xử lí cao

Độ nhạy đối với sự thay đổi tải trọng thấp

Có thể tự động hóa hoàn toàn

Không cần theo dõi hoạt động của sinh vật

Có thể thu hồi các chất khác nhau

2.3.1 Đông tụ keo

Quá trình lắng chỉ tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không tách được các chất ô nhiễm dạng keo và dạng hòa tan vì có kích thước quá nhỏ Việc khửcác hạt keo rắn bằng trọng lực cần trung hòa điện tích, sau đó liên kết chúng

tạo bông lớn hơn từ hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ Trong tự nhiên các hạt cặn lơ lửng đều mang điện tích dương hoặc âm Khi thế cân bằng điện động bị phá vỡ các thành phần mang điện tích sẽ kết hợp hoặc dính kết với nhau bằng lực liên kết phân tử và điện tử tạo thành tổ hợp phân tử, nguyên tử hoặc các ion tự do, tổ hợp đó gọi là bông keo

 Các chất đông tụ thường dùng

Muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng: Al2(SO4)3.18 H2O, NaAlO2,

Al2(OH)5Cl, Kal(SO4)2.12 H2O, NH4Al(SO4)2.12 H2O

Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bông cặn xảy ra theo các giai đoạn sau:

Me3+ + HOH = Me(OH)2+ + H+Me(OH)2+ + HOH = Me(OH)+ + H+Me(OH)+ + HOH = Me(OH)3 + H+

Me3+ + HOH = Me(OH)3 + 3H+Việc lựa chọn chất đông tụ phụ thuộc: tính chất hóa lí, chi phí, nồng độ tạp chất trong nước, pH và thành phần muối trong nước

 Chất trợ đông tụ (chất keo tụ)

Chất trợ đông tụ tác dụng giảm liều lượng đông tụ, giảm thời gian đông

tụ, tăng tốc độ lắng các bông keo, tăng cường quá trình tạo bông keo Các chất trợ đông tụ thường dùng: nguồn gốc thiên nhiên: tinh bột (dextrin) n(C6H10O5)n, ete, xenlulo và dioxit silic hoạt tính; loại tổng hợp: polyacrylamit (CH2CHCOO)n (PAA) PAA có tác dụng tăng độ liên kết giữa các hạt keo nhờ

đó tăng kích thước bông keo và làm tăng nhanh quá trình lắng Liều lượng trợ đông tụ khoảng 1-5 mg/l Để phản ứng diễn ra hoàn toàn và tiết kiệm: khuấy trộn đều hóa chất, thời gian lưu nước ở bể trộn: 1-5 phút, thời gian cần thiết nước thải tiếp xúc với hóa chất đến khi bắt đầu lắng khoảng 20-60 phút

Cấu tạo của bể đông tụ keo là loại bể lắng cơ học thông thường, thêm vào một số chất keo tụ như phèn nhôm, polyme để tạo điều kiện cho quá trình keo tụ

và tạo bông cặn tăng hiệu suất lắng

2.3.2 Hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi để làm sạch nước thải triệt

để khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lí bằng phương pháp sinh học, cũng như khi nồng độ của chúng không cao và chúng không bị phân hủy bởi vi sinh vật hay chúng rất độc Hấp phụ được ứng dụng để khử độc nước thải khỏi thuốc diệt cỏ, trừ sâu, thuốc sát trùng, phenol, các chất hoạt động bề mặt… Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả cao (80-95%), có khả năng xử lí nhiều chất trong nước thải và đồng thời có khả năng thu hồi những chất này

Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc hai pha không hòa tan là pha rắn (chất hấp phụ) với pha khí hoặc pha lỏng (chất bị hấp phụ) Chất bị hấp phụ sẽ đi từ pha lỏng hoặc pha khí đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung dịch đạt cân bằng

Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, slicagel, keo nhôm, một số chất tổng hợp, chất thải trong sản xuất như xỉ mạ sắt… Than hoạt tính được dùng phổ biến nhất Các chất hữu cơ, kim loại nặng

và các chất màu dễ bị than hấp phụ Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn trong nước thải

2.3.3 Trao đổi ion

Mục đích: làm sạch nước hoặc nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu,

Ni, Pb, Hg, Cd, Mn… cũng như các hợp chất của asen, photpho, xyanua và các chất phóng xạ Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị và đạt được mức độ làm sạch cao

Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất này gọi là các ionit, chúng hoàn toàn không tan trong nước Các ionit được chia thành 3 loại:

Cationit là các chất có khả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly, những chất này mang tính axit

Anionit là các chất có khả năng hút các ion âm, chúng mang tính kiềm Ionit lưỡng tính là các chất có khả năng trao đổi cả cation và anion

Trao đổi ion xảy ra theo tỉ lệ tương đương và trong phần lớn các trường hợp là phản ứng thuận nghịch Phản ứng trao đổi ion xảy ra do hiệu số thế hóa học của các ion trao đổi Phương trình tổng quát:

mA + RmB mRA + B

2.4 Phương pháp hóa học [2]

2.4.1 Phương pháp trung hòa

Phương pháp trung hòa dùng để xử lí sơ bộ hoặc xử lí lần cuối nước thải trước khi thải vào môi trường, điều chỉnh pH nước thải về khoảng 6,5-8,5 Các cách trung hòa nước thải:

Trộn 2 dòng nước thải mang tính trai ngược nhau (kiềm, axit)

Bổ sung tác nhân trung hòa: nước thải axit bổ sung vôi, sữa vôi, kiềm; nước thải kiềm bổ sung H2SO4, H3PO4, khí CO2…

Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải và giá thành của tác nhân hóa học Trong quá trình trung hòa được tạo thành một lượng bùn cặn, lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần nước thải cũng như loại và lượng các tác nhân sử dụng cho quá trình

Yêu cầu công nghệ:

Thời gian tiếp xúc của nước thải và các tác nhân hóa học lớn hơn 5 phút Đối với nước thải axit chứa các muối kim loại nặng thời gian lớn hơn 30 phút

Thời gian nước thải lưu trong bể lắng khoảng 2 giờ

Vôi trung hòa ở dạng vôi sữa 5% hoặc dạng bột

Chuyển một nguyên tố hòa tan sang kết tủa hoặc thể khí

Các chất oxi hóa thông dụng như O3, H2O2, Cl2, KMnO4 quá trình này thường phụ thuộc vào pH và sự có mặt của chất xúc tác

2.4.3 Kết tủa

Phương pháp kết tủa là thêm vào nước thải các hóa chất để làm kết tủa các chất hòa tan trong nước thải hoặc chất rắn lơ lửng sau đó loại bỏ chúng thông qua quá trình lắng cặn Hiệu suất lắng phụ thuộc vào lượng hóa chất sử dụng Quá trình này có thể loại được 80-90% TSS, 40-70% BOD5, 30-60% COD và 80-90% vi khuẩn

Nước thải là hỗn hợp nước với nhiều chất ô nhiễm khác nhau Do đó việc

sử dụng kết hợp các phương pháp trên sẽ đưa lại hiệu quả cao trong việc xử lí triệt để các chất ô nhiễm